DE1296611B - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer gasfoermigen Isotopenmischung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer gasfoermigen Isotopenmischung

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DE1296611B DEC33796A DEC0033796A DE1296611B DE 1296611 B DE1296611 B DE 1296611B DE C33796 A DEC33796 A DE C33796A DE C0033796 A DEC0033796 A DE C0033796A DE 1296611 B DE1296611 B DE 1296611B
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung SchwingungsAnregungsniveau für die U238 enthal-
einer gasförmigen Isotopenmischung, bei der die tende Molekel. Wenn man die Mischung einer Strah-
Isotopen in ein Rotations-Schwingungsspektram auf- lung einer Energie aussetzt, welche dem Übergang
weisenden Molekülen gebunden sind, wobei die Vq-V2 entspricht, wird das U235 angeregt und nimmt Moleküle der einen Isotopen-Molekülart durch eine 5 das Niveau V2 ein. Das U238 wird jedoch nicht ange-
schmalbandige elektromagnetische Strahlung zu regt und bleibt auf dem Niveau F0. Wenn man in
einem Rotations-Schwingungszustand angeregt und die Mischung in ihrem jetzigen Zustand eine Strah-
auf physikalischem oder chemischem Wege von den lungsenergie größer als F3-F2, aber geringer als
nicht angeregten Isotopen - Molekülen getrennt F3-F0 einstrahlt, dann werden die auf das Energiewerden, ίο niveau F2 angeregten Moleküle ionisiert, während die
Die Isotopentrennung ist insbesondere in der auf dem Niveau F0 verbliebenen Moleküle nicht
Kerntechnik von großer Bedeutung. Insbesondere ionisiert werden.
die Abtrennung des Uranisotops U235 von dem im Eine Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung
natürlichen Uran überwiegend vorkommenden Iso- wird im folgenden im einzelnen an Hand von F i g. 2
top U238 ist ein technisch sehr wichtiger Vorgang. 15 beschrieben.
Das einzige in der Praxis in größerem Umfang ver- In F i g. 2 ist 1 eine Strahlungsquelle mit schmalem wendete Verfahren ist die Isotopentrennung mittels Band, welche die zur Rotations-Schwingungs-An-Diffusion durch eine poröse Wand. Es sind auch regung der Moleküle einer der beiden vorliegenschon andere Verfahren, z. B. die elektromagnetische den isotopen Verbindungen erforderliche Energie Trennung mittels dem Massenspektrometer ähnlicher ao liefert.
Vorrichtungen oder die Trennung durch Zentri- In Fig. 2 ist 4 ein Gefäß, in dem ein Gasstrom
fugierung oder durch thermische Diffusion bekannt- von isotopen Verbindungen des Urans, z. B. des
geworden, welche jedoch sehr geringe Trennungs- Uran-Hexafluorid U235F6 und U238F0, zwischen der
faktoren haben. Zuleitung 9 und dem Auslaß 10 strömt. Die Strah-
Es ist auch bekannt, in ein Rotations-Schwingungs- 35 lung aus (1) gelangt in den Behälter 4 durch das Spektrum aufweisenden Molekülen gebundene Iso- Fenster 5; 2V 22 ist ein Fokussierungssystem. Die tope durch eine geeignete elektromagnetische Strah- Ionisierungsstrahlung aus der Quelle 8 wird über das lung von relativ niedriger Frequenz selektiv anzu- Fenster 6 und ein Fokussierungssystem 7 in den Beregen und die unterschiedlichen Reaktionsgeschwin- hälter 4 gebracht. Ein Filter 3 hindert die Ionisiedigkeiten des angeregten Moleküls auf der einen 30 rungsstrahlung am Erreichen der Quelle 1. Der Seite und des nicht angeregten auf der anderen Seite Behälter ist z. B. in einem elektrischen Feld angezur Trennung auszunutzen. Die bei diesem Verfahren ordnet. Die Moleküle der Verbindung U235F6 werzu erwartenden Trennungsfaktoren sind jedoch den durch die Rotations-Schwingungsstrahlung angeäußerst gering, weil die Reaktionsgeschwindigkeiten regt, die Moleküle des U238F6 jedoch nicht. Die des angeregten und des nicht angeregten Moleküls 35 allein ionisierten Moleküle werden in dem elektrinur sehr wenig verschieden sind. sehen Feld abgelenkt und in einer Leitung 11 auf-
Das technisch hauptsächlich verwendete Gas- gefangen. Aus dem Abfluß 10 tritt eine an U235F6
diffusions-Trennverfahren ist sehr aufwendig, denn verarmte Mischung aus.
es besitzt nur einen Trennfaktor von etwa 1,002. Es können auch andere isotope Verbindungen mit
Um aus natürlichem Uran, in dem das Verhältnis 40 Rotations-Schwingungsspektram sowie andere Arten
U235: U238 in der Größenordnung von 0,7% liegt, der Abführung verwendet werden. Für die Abfüh-
ein Produkt mit einem Reinheitsgrad von 95% zu rung kann ein Magnetfeld, eine Kombination von
erhalten, sind etwa 4000 Diffusionsstufen erforder- elektrischen und magnetischen Feldern oder eine
lieh. chemische Reaktion verwendet werden.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ver- 45 Die Rotations-Schwingungsspektren zeigen, daß die fahren der eingangs genannten Gattung, welches Isotopenverschiebungen der Energieniveaus bestimmverbesserte Trennungsfaktoren erwarten läßt. ter Verbindungen des Urans und insbesondere des
Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Isotopen- UF6 bei den Rotations-Schwingungsspektren in der
mischung außerdem einer weiteren elektromagne- Größenordnung von 10~3 liegen. Es ist bekannt, daß
tischen Strahlung von solcher Wellenlänge und Band- 50 der Laser im Bereich des Infraroten eine Strahlung
breite ausgesetzt wird, daß die angeregten Isotopen- liefern kann, welche eine derart monochromatische
Moleküle ionisiert werden. Im Gegensatz zu dem Strahlung liefern kann. Die Anregungsstrahlung kann
bekannten Verfahren arbeitet das erfindungsgemäße also vorteilhafterweise durch einen Laser geliefert
Verfahren also mit einer zweifachen Bestrahlung. werden.
Die Anregungsstrahlung liegt im Infraroten und 55 Andererseits zeigt die Untersuchung der Ionisadie Ionisierungsstrahlung im Ultravioletten. Die tions-Potentiale der in Betracht gezogenen Verbinbeiden Strahlungen haben vorzugsweise eine relative düngen, daß die ionisierende Strahlung im Ultra-Bandbreite in der Größenordnung von 10~3. violetten liegen muß und daß ihre relative Breite
Die physikalischen Grandlagen des erfindungs- ebenfalls die Größenordnung von 10~3 besitzen muß.
gemäßen Verfahrens seien an Hand von F i g. 1 60 Hier ist jedoch kein Laser mehr erforderlich, da die
erläutert. Bandbreite einer Strahlung aus den üblichen Ultra-
Diese Figur stellt ein Molekül-Energieniveau- violettquellen besser als 10~3 ist.
Schema dar (z. B. in Elektronenvolt). Das Niveau Bei der Wahl der Abmessungen des Behälters,
F=O oder F0 entspricht dem Grandzustand. Dieser des Wertes des Ablenkfeldes, des Gasdruckes und
ist für die beiden Molekülarten gleich. Das Niveau F3 65 der Geschwindigkeit des Gasstromes sowie der
ist das Ionisationskontinuum. Das Niveau F2 ist das Eigenschaften der Quellen müssen die Lebensdauer
Rotations-Schwingungs-Anregungsniveau für die eines angeregten Zustandes in der Größenordnung
U235 enthaltende Molekel. F1 ist das Rotations- 10~8s und die Lebensdauer eines ionisierten Zu-
Standes in der Größenordnung 10~3s berücksichtigt werden.
Die Strahlungen können entweder gleichförmig oder in Form von Impulsen aufgegeben werden.
Die beschriebene Vorrichtung gemäß F i g. 2 bildet eine Stufe einer Anlage mit mehreren Stufen, welche nach dem Verfahren der fraktionierten Reinigung miteinander verbunden sind, wobei die mit U235F6 angereicherten Gasströme einerseits und die verarmten Gasströme andererseits abgenommen werden.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Trennung einer gasförmigen Isotopenmischung, bei der die Isotopen in ein Rotations - Schwingungsspektrum aufweisenden Molekülen gebunden sind, wobei die Moleküle der einen Isotopen-Molekülart durch eine schmalbandige elektromagnetische Strahlung zu einem Rotations-Schwingungszustand angeregt und auf ao physikalischem oder chemischem Wege von den nicht angeregten Isotopen-Molekülen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isotopenmischung außerdem einer weiteren elektromagnetischen Strahlung von solcher Wellenlänge und Bandbreite ausgesetzt wird, daß die angeregten Isotopen-Moleküle ionisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlungen eine relative Bandbreite in der Größenordnung von ΙΟ-» haben.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein von dem gasförmigen Isotopen-Molekül-Gemisch durchströmtes Gefäß (4) zwischen einer ersten Strahlungsquelle (1) für die Rotations-Schwingungs-Anregungsstrahlung und einer zweiten Strahlungsquelle (8) für die Ionisierungsstrahlung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes (12), ein Filter (3) zwischen (1) und (4) gegen die Ionisationsstrahlung sowie eine Zuleitung (9) für das Gasgemisch und Ableitungen (10) und (11) für ab- bzw. angereichertes Gasgemisch, und wobei zur fraktionellen Trennung mehrere dieser Stufen hintereinandergeschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Laser als Strahlungsquelle (1).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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